高壓輸電線路的舞動防治技術(shù)研究

田興平

摘 要：現(xiàn)階段，我國能源問題日漸嚴(yán)峻，生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作迫在眉睫，而電力在能源發(fā)展進(jìn)程中始終處于不可忽視的地位，這就會對電網(wǎng)的安全性提出更多的要求。近幾年，我國頻繁出現(xiàn)高壓輸電線路舞動問題，這給電力系統(tǒng)帶來的負(fù)面危害是不容忽視的，有針對性地尋找舞動防治方法，日漸受到重視和關(guān)注。文章將重點(diǎn)分析探討高壓輸電線路的舞動防治技術(shù)，以求能為相關(guān)單位提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：高壓輸電;線路舞動;防治技術(shù)

中圖分類號：TM726.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-098-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.033

為實現(xiàn)對高壓輸電線路舞動事故的防治，盡可能避免因其而引發(fā)的一系列損失，文章主要分析了將嵌入式系統(tǒng)作為關(guān)鍵支撐的輸電線路舞動檢測系統(tǒng)存在的缺陷及優(yōu)勢。并且，有針對性地分析探究了將加速傳感器和高壓輸電線路相互結(jié)合的實際效果，并結(jié)合獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了具體且實時的分析處理，從而有效完成了預(yù)警工作[1]。所以，對高壓輸電線路的舞動原理及實際情況的檢測意義非凡。

1 高壓輸電線路舞動的現(xiàn)狀和原因

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的日漸提升，電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的日漸完善，近幾年，我國部分地區(qū)經(jīng)常會受到高壓輸電線路舞動事故的沖擊和影響。其不僅嚴(yán)重影響著人們的日常生產(chǎn)生活，同時會給地方經(jīng)濟(jì)帶來巨大的損失和負(fù)面影響。結(jié)合相關(guān)調(diào)查信息，在最近幾年，包括我國湖南、河北、河南、江西等多省在內(nèi)，都存在高壓輸電線路舞動的情況，且影響范圍比較大，持續(xù)時間也比較長，對我國自然環(huán)境造成的負(fù)面影響不容忽視[2]。

2 高壓輸電線路舞動的危害

高壓輸電線路舞動主要是在自然風(fēng)條件影響下出現(xiàn)的自激振動，舞動問題在一定程度上影響我國電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且?guī)砹硕喾N危害。

2.1 舞動對設(shè)備造成的危害

高壓輸電線路舞動對現(xiàn)代電網(wǎng)設(shè)備的影響相當(dāng)巨大，例如，在部分高壓輸電線路舞動時，往往有可能引發(fā)斷線斷股及螺絲松動等問題，從而嚴(yán)重危害到塔材的質(zhì)量。此外，在高壓輸電線路中出現(xiàn)的舞動事故，還會在一定程度上增加電弧燒傷事件的出現(xiàn)概率，導(dǎo)致桿塔承擔(dān)的工作壓力顯著提升，進(jìn)而導(dǎo)致桿塔倒塌，引發(fā)嚴(yán)重事故。

2.2 舞動對環(huán)境造成的危害

如果高壓輸電線路舞動問題沒有被有效解決的話，將會導(dǎo)致其持續(xù)出現(xiàn)，并且舞動幅度較大，線路擺動的振幅在部分情況下甚至達(dá)到10 m以上，而線路的擺動軌跡則是橢圓形狀。如果是垂直排列的線路出現(xiàn)舞動事故的話，則擺動軌跡呈現(xiàn)出的狀態(tài)為橢圓形狀，進(jìn)而引發(fā)線路短路問題。如果是水平排列的線路出現(xiàn)舞動事故的話，則導(dǎo)線與障礙物的絕緣間隙會顯著縮小，此種情況下的高壓輸電線路將會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，進(jìn)而嚴(yán)重危及周邊的自然環(huán)境。

2.3 舞動對電網(wǎng)造成的危害

高壓輸電線路的舞動會導(dǎo)致導(dǎo)線和導(dǎo)線間、導(dǎo)線和架空地線間以及導(dǎo)線和桿塔間的絕緣間隙顯著縮小，從而引發(fā)各種不同情況的交叉放電問題，進(jìn)而導(dǎo)致線路重復(fù)跳閘問題出現(xiàn)，最終嚴(yán)重影響重合閘的正常運(yùn)作，甚至導(dǎo)致其損壞。如果輸電線路舞動的持續(xù)時間較長，那么必然會影響到電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運(yùn)作，其帶來的負(fù)面影響不容忽視，可能會引發(fā)大面積的停電問題，在極大程度上影響到周邊居民的日常生產(chǎn)生活。

3 舞動一般防治措施

針對舞動的一般防治措施主要有避舞、抗舞、抑舞三大類措施。

避舞指根據(jù)局部氣象和地形等先天條件，選擇更加適合的電力線路走向，達(dá)到防止舞動出現(xiàn)的目的。

抗舞指不改變導(dǎo)致舞動發(fā)生的可能條件，利用提升線路機(jī)械強(qiáng)度的方式，保證線路的正常動作。

抑舞則指針對可能出現(xiàn)舞動現(xiàn)象的線路提前安裝防舞裝置。

最常用的防舞裝置主要有擾流防舞器、失諧擺、集中防振錘、相間間隔棒等。

3.1 擾流防舞器

擾流防舞器被稱為防舞鞭、擾流繩。該裝置組成部分為左握固端、右握固端、干擾氣流端三個部件，是通過塑料材質(zhì)預(yù)制而成，具有一定應(yīng)力，主要被應(yīng)用于單導(dǎo)線的裝置，利用導(dǎo)線纏繞的方式將覆冰導(dǎo)線截面的形狀改變，以此防止舞動的發(fā)生。這種裝置具有易維護(hù)，低磨損的特點(diǎn)，一般主要被用于覆冰較少的導(dǎo)線，該裝置能很好的降低渦致振動，是比較有效的一種防舞措施。如果導(dǎo)線的覆冰程度過厚，擾流效果會極大降低。同時，選擇該裝置時要對防舞繩的直徑特別注意，一旦防舞繩的直徑小于電力線直徑的1/2，防舞繩的擾流作用會失效。

3.2 失諧擺

失諧擺最早是由O.Nigol和Harvard共同設(shè)計研發(fā)的，是當(dāng)前唯一能夠以定量計算的方式防止舞動的措施。該裝置通過在導(dǎo)線下方安裝一種特殊的重錘，要求重錘設(shè)置為質(zhì)量=M、臂長=R，該裝置適用于單導(dǎo)線，其工作機(jī)制為扭轉(zhuǎn)激發(fā)原理，改變導(dǎo)線固有頻率，使導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度得到提高，防止因?qū)Ь€的禍合效應(yīng)而產(chǎn)生的舞動現(xiàn)象。

3.3 集中防振錘

該種安裝裝置適用于單導(dǎo)線模式，利用對限制節(jié)點(diǎn)擺幅的壓重，降低導(dǎo)線的振動頻率，約束導(dǎo)線振動。這種裝置能夠預(yù)防舞動，因為利用壓重增加質(zhì)量的方式改變導(dǎo)線的振動頻率，能加大水平風(fēng)荷載的作用值。壓重方式能夠降低小導(dǎo)線的水平振動，防止導(dǎo)線出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。另外，安裝該裝置還要特別關(guān)注防振錘的位置移動，要考慮該裝置的質(zhì)量穩(wěn)定性問題。

3.4 相間間隔棒

該裝置具有很好的絕緣性能及較廣的適用性，被廣泛應(yīng)用于相間或回路間方面。它能很好的連接各路導(dǎo)線，從而可防止因相間碰線導(dǎo)致的舞動現(xiàn)象發(fā)生。該裝置的材質(zhì)主要由玻璃鋼芯棒、硅橡膠護(hù)套構(gòu)成，所以，相間間隔棒有著抗拉、質(zhì)輕、抗沖擊、柔性好、耐污閃的優(yōu)點(diǎn)。該裝置對于舞動抑制及防風(fēng)偏、防導(dǎo)線粘連等方面有著非常顯著的效果。

3.5 雙擺防舞器

該裝置的工作機(jī)理來自穩(wěn)定性原理，其理論擺長、擺角和質(zhì)量的確定都依據(jù)穩(wěn)定性原理。該裝置廣泛適用于分裂導(dǎo)線模式，主要由間隔棒、擺臂、擺錘組成，其中，擺錘由擺臂和間隔棒進(jìn)行剛性連接。雙擺防舞器主要利用提高線路動力穩(wěn)定性防止舞動現(xiàn)象發(fā)生，同時具有壓重防舞的作用。

目前為止，該裝置被廣泛應(yīng)用于我國多條線路的實驗中，結(jié)果表明，該裝置的防舞效果極好，成為當(dāng)前我國輸電線路防舞應(yīng)用中最廣泛的一種裝置。

3.6 整體式偏心重錘

該裝置主要適用于各種形式的分裂導(dǎo)線模式中，主要由間隔棒、水平懸臂梁、錘頭的剛性連接組成，而且要求錘頭與間隔棒的中心作用力必須作用在一條直線上。實踐研究表明，整體式偏心重錘在優(yōu)化線路穩(wěn)定性、防舞反饋、擾亂氣流分布等方面有著很重要的綜合防舞作用，而且該裝置具有成本低、易維護(hù)、質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，目前也被廣泛應(yīng)用于我國輸電線路防舞方面的應(yīng)用。

3.7 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒

線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒是一種適用于分裂導(dǎo)線的防舞裝置，間隔棒的一部分線夾可以旋轉(zhuǎn)一定的角度改變覆冰導(dǎo)線的覆冰形式使之成為橢圓形，減小空氣動力系數(shù);另一部分線夾與普通夾頭相同，不能自由轉(zhuǎn)動。該裝置不僅具有間隔棒的作用，而且能夠避免荷載集中分布。但是，導(dǎo)線的微風(fēng)振動會影響其分布方式。線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的造價要略高于普通間隔棒，但由于其優(yōu)良的工作性能也廣泛應(yīng)用于防舞工作中。

4 基于嵌入式系統(tǒng)的高壓輸電線舞動監(jiān)測系統(tǒng)

4.1 輸電線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的特征及構(gòu)成

將嵌入式系統(tǒng)作為關(guān)鍵的輸電線舞動監(jiān)測系統(tǒng)，主要利用攝像頭記錄高壓輸電線路處于平穩(wěn)狀態(tài)下的實際位置，而后借助嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)保存位置數(shù)據(jù)和圖像。當(dāng)高壓輸電線路出現(xiàn)舞動情況時會進(jìn)行對比分析，進(jìn)而明確高壓輸電線路的擺動情況。

如果擺動角度比規(guī)范的警戒值要高，那么系統(tǒng)就會利用GSM模板定向發(fā)送信息，進(jìn)行語音通話，以便相關(guān)工作者迅速采取相應(yīng)的防治措施，避免舞動問題對線路運(yùn)行或周邊環(huán)境造成負(fù)面影響。換言之，只要擁有GSM模塊、鍵盤和電池等，就可以直接向值班監(jiān)控室報警，并迅速提醒相關(guān)技術(shù)人員前往現(xiàn)場進(jìn)行緊急修復(fù)處理。

此監(jiān)測系統(tǒng)的核心特征主要在于：首先，易于應(yīng)用在高壓輸電線路中，并且還能精準(zhǔn)判定分析導(dǎo)線的實際舞動狀況;其次，監(jiān)測裝置主要安裝在輸電桿塔上，其采用太陽能供電模式，保證其處于實時運(yùn)作狀態(tài)下;再次，系統(tǒng)擁有防雷、防雨和防腐功效。輸電線采集終端是此監(jiān)測系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分，主要由USB、太陽能供電板、圖像處理模板、內(nèi)存模板及GSM無線通信等模塊構(gòu)成。

4.2 輸電線舞動監(jiān)測系統(tǒng)的缺陷

目前，雖然筆者研制的基于嵌入式系統(tǒng)的輸電線路舞動監(jiān)測系統(tǒng)取得的效果較好，但仍存在部分不容忽視的缺陷，此類缺陷會在一定程度上影響輸電線路的正常運(yùn)作。例如，在此系統(tǒng)中，監(jiān)測運(yùn)動的圖形本身會受到巨大限制，具體來講，實際的高壓線路輸電舞動運(yùn)動模式為三維運(yùn)動，而圖像記錄的內(nèi)容只能是二維的，容易導(dǎo)致部分重要信息無法被有效呈現(xiàn)出來。系統(tǒng)的核心供能系統(tǒng)為太陽能電池板，通過其維持正常運(yùn)作。但是，在部分陰雨天氣較多的區(qū)域，其難以有效維持正常供電，可供應(yīng)用的范圍受到巨大限制。由于此系統(tǒng)中應(yīng)用的紅外攝像頭及嵌入式平臺所需資金過于高昂，系統(tǒng)建設(shè)的實際成本需求比較高，難以獲得大范圍的推廣應(yīng)用。

5 高壓輸電線舞動的防治方案

5.1 加大防舞動裝置的安裝力度

高壓輸電線路舞動帶來的負(fù)面影響很大，會使周邊居民的生活受到影響，還會導(dǎo)致高壓線路周邊的生態(tài)環(huán)境受到?jīng)_擊，導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)承擔(dān)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果想要切實有效地避免舞動問題發(fā)生，有必要加大防舞動裝置的安裝力度。

例如，抗流防干擾器是應(yīng)用塑料預(yù)制成的應(yīng)力裝置，通常被廣泛應(yīng)用在單向?qū)Ь€中，將其纏繞在導(dǎo)線上方，可以有效解決覆冰導(dǎo)線截面形狀的問題。導(dǎo)線覆冰實拍圖如圖1所示。也就是說，抗流防干擾器可以降低導(dǎo)線損壞概率，具備質(zhì)量較輕且容易維護(hù)等特征。但是，其缺陷是厚冰覆蓋將顯著提高導(dǎo)線截面的平滑程度和均勻程度，進(jìn)而導(dǎo)致抗流能力在此種情況下不斷降低。

又如，間隔棒主要安裝在兩項導(dǎo)線中間，材料為硬質(zhì)彈簧，可以顯著提高高壓線路舞動需要克服的力，進(jìn)而使得不同導(dǎo)線的振動頻率幾乎完全重合，便于避免導(dǎo)線碰撞問題發(fā)生。間隔棒和其坐標(biāo)系示意圖如圖2所示。當(dāng)然，間隔棒也存在相應(yīng)的缺陷，其抗彎剛度相對較小，使用一定時間后便需要更換，亟待完善和改進(jìn)。

5.2 通過加速傳感器判定舞動角度和幅度

通過應(yīng)用加速傳感器，可以有效測量高壓輸電線路舞動角度及舞動幅度。此舉能夠幫助相關(guān)工作者獲得更為精確的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而及時解決舞動事故。通過監(jiān)測獲得舞動數(shù)據(jù)支撐，科學(xué)合理地提出防控方案。

結(jié)合現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r看，技術(shù)比較成熟的監(jiān)測高壓輸電線路振動位移情況的方法主要包含以下兩點(diǎn)。首先是非接觸式測量方式，此種方式主要應(yīng)用位移傳感器，包括渦流傳感器、光線傳感器等，用以精準(zhǔn)確定線路的結(jié)構(gòu)位移狀態(tài)及其實際結(jié)構(gòu)狀況。此種測量方法的精準(zhǔn)度更高，并且頻帶也更寬。當(dāng)然，其也存在相應(yīng)的制約因素，比如其要求將傳感器安裝在監(jiān)測器周邊位置，并且監(jiān)測獲得的位移振動為傳感器及監(jiān)測點(diǎn)的相對位移。其次是接觸式測量方法，接觸式測量將加速傳感器直接安裝在需要監(jiān)測的線路節(jié)點(diǎn)上，而后結(jié)合測量線路節(jié)點(diǎn)的加速度獲得振動位移信息。此項方法不僅有非接觸式測量的精準(zhǔn)度，而且保障最終獲得的數(shù)據(jù)信息為絕對位移信息。

6 結(jié)語

高壓輸電線路舞動是非常普遍的自然災(zāi)害，其無論是對人們的日常生活，還是對線路周邊生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，都比較大。相關(guān)單位有必要積極尋找科學(xué)合理的防治措施，如在線監(jiān)測等方式，通過加速傳感器開展在線監(jiān)測，以此獲取各種舞動數(shù)據(jù)，并提出科學(xué)合理的防治方法[3]。

參考文獻(xiàn)

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